Аналалитический расчёт цепного привода для УСШН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.Проектирование эксплуатации  скважин УСШН с длинноходовыми  цепными приводами.

           Проектирование эксплуатации скважин УСШН с цепными приводами представляет собой выбор элементов насосной установки и определение режима ее работы, обеспечивающих заданный отбор жидкости при оптимальных технологических и технико-экономических показателях эксплуатации. При этом выбирают: типоразмер привода, тип и диаметр СШН, конструкцию колонны НКТ. Рассчитывают глубину спуска насоса, частоту качаний и конструкцию штанговой колонны. Для осложненных условий эксплуатации подбирают дополнительное оборудование (газовые и песочные якоря, скребки-центраторы, утяжеленный низ штанговой колонны и др.).

         Схематизация работы системы «пласт - скважина - насос»

              Ствол скважины условно делится по характеру движения газожидкостной смеси на три зоны (рисунок 4).

Первая зона — от забоя скважины до приема насоса, вторая — от приема насоса до динамического уровня, третья — от динамического уровня до устья скважины.

 В зоне от интервала перфорации до приема насоса может двигаться нефть, смесь нефти и воды или смесь нефти, воды и газа). В установившемся режиме откачки практически вся жидкость, дойдя до приема насоса, попадает в насос. При давлении на приеме насоса ниже давления насыщения часть свободного газа попадает в затрубное пространство, часть — на прием насоса. Проходя через столб нефти в затрубном пространстве над насосом, газ скапливается в объеме выше динамического уровня. В результате этого устанавливается определенное равновесное состояние, при котором в затрубном пространстве от приема насоса до динамического уровня находится газо-нефтяная смесь, а выше — только газ. Состав газа в затрубном пространстве по всему стволу скважины принимается соответствующим составу газа, выделившегося из нефти при давлении, равном давлению насыщения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 — Схематизация работы системы «пласт - скважина - насос»

 

 

 

 

Глава 2.Аналалитический расчёт цепного привода для усшн.

2.1.Факторы, характеризующие работу  ЦП ШСНУ в эксплуатации нефтяных  скважин 

1)  Кинематический параметр редуцирующего преобразующего механизма ЦП ШСНУ, характеризующий отношение полного хода точки подвес штанги (ТПШ) к радиусу ведущей (или ведомой) звездочки цепной передачи РПМ

                     

                      Kрпм=Sо/R;

                     Крпм=11,3/2,4=4,7

 

2)  Полный ход ТПШ, определяемый при помощи конструктивных размеров цепной передачи РПМ

                     

                          Sо=2R+L;

           Sо=2*2,4+6,5=11,3

где L – межосевое расстояние цепной передачи РПМ;

 

3)Передаточное отношение РПМ

 

   i=1+(L/пR)=0,364+0,318*Крпм ;

      i=0,364+318*4,7=1,85

 

4)Коэффициент, характеризующий потерю хода плунжера из-за упругих свойств (деформации растяжения) колонны штанг и труб

       

                          λ=Sо-Sпл;

                          λ=0,113-0,0015=0,1115

Sпл - площадь поперечного сечения плунжера

 

Sпл=Пd^2//4;

Sпл=3,14*43^2//4=0,0015м3

 

5) Максимальная скорость ТПШ(точки подвеса штанги) насосной установки с цепным приводом:

 

Umax=2nSo*(1,14//k+1);

Umax=2*4*0,113*(1,14//0,8+1)=2,169м/с2

 

6) Коэффициент, характеризующий величину силу трения в доле от веса штанговой колонны в скважинной жидкости

 

bтр=Fтр*Pж ;

Рж=0,785*dпл^2*gжид*g*Lн;

Рж=0,785*0,0043^2*955*9,81*1180=16045Н

Fтр=10%=0,1

bтр=16045*0,1=1604,5

 

7) Вес одного метра штанг в скважинной жидкости – qшт=9,46кг

qшт=9,46*9,8*10^-3=0,0927кН

 

8) Предельная (максимальная) теоретическая производительность ШСНУ с ЦП при откачке высоковязкой нефти:

 

          Qпр=2558*(1-bтр*qшт//μ*2,4*m)*Sпл;

Qпр=2558*(1-0,1*0,09//30*2,4*9,46)* 15=55,8      

Из выделенных  параметров, только последний показатель по своей значимости однозначно может охарактеризовать искомый критерий оптимальности. Данный показатель по физической сущности характеризует также и эффективность ШСНУ с ЦП в соответствии с его основным назначением.

           2.2  Методика проектирования УСШН

      Ввиду большого количества и громоздкости расчетов рекомендуется при проектировании УСШН с длинно-ходовыми цепными приводами использовать данную подзадачу.

      При расчете нагрузок в точке подвеса штанг во всех случаях (в т. ч. и для скважин с высоковязкой продукцией) необходимо учитывать динамические составляющие нагрузки, рассчитываются по формуле

         − для привода ПЦ 80-6-1/4:

1)Рдин = 864nfштш ;

Рдин — динамическая составляющая нагрузки в точке подвеса штанг цепного привода, Н;

n — частота качаний привода, мин-1;

fшт — площадь поперечного сечения штанг, см2;

ш — коэффициент, определяемый соотношением площадей поперечного сечения тел штанг и НКТ.

2) fшт =Пd^2/4;

fшт =3,14*22^2/4=3,2см2

3) ш = fшт/Sнкт;

    ш=3,2/14,5=0,3

Pдин =864*4*3,8*0,3=3940Н

         При проектировании эксплуатации УСШН с длинноходовыми цепными приводами скважин с высоковязкой продукцией силы вязкого трения рассчитываются по соответствующим формулам, в которые необходимо подставлять скорость штанг хшт, рассчитанную формуле.

4)   Хшт =nS/30;

 где Хшт — скорость штанг в УСШН с цепным приводом, м/с;

 S — длина хода точки подвеса штанг привода,м    

 Хшт= 4*6/30=0,8м/с

          2.3. Уравновешивание цепных приводов

Долговечная и надежная работа цепных приводов, равно как и обеспечиваемая ими экономия удельных энергозатрат на подъем продукции может быть обеспечена лишь при условии их правильного уравновешивания.

Предварительное уравновешивание производится исходя из заданных значений эксплуатационных параметров. Укладка дополнительных уравновешивающих грузов производится с площадки обслуживания со стороны устья скважины. Доступ к отсекам для грузов осуществляется через двери в корпусе привода со стороны устья скважины

       В приводах для частичной компенсации нагрузки от тягового усилия цепи на боковые ролики, при движении уравновешивающего груза как вверх, так и вниз применен способ несимметричного наполнения отсеков дополнительными грузами (рисунок 5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — 4 — отсеки; 2 — корпус уравновешивающего  груза 

Рисунок 5 — Уравновешивание приводов ПЦ 80-6-1/4

 

 

       

Окончательное уравновешивание привода осуществляется после вывода скважины на режим по равенству тока электродвигателя при ходе точки подвеса штанг вверх и вниз.

Привод считается уравновешенным, если величина тока при ходе устьевого штока вверх и вниз отличается не более, чем на 10 %.

         При большем расхождении, а также в случае изменения режима работы надлежит доуравновесить привод следующим образом:

- если величина тока больше при ходе устьевого штока вверх, необходимо добавить соответствующее количество уравновешивающих грузов;

- если величина тока больше при ходе вниз, необходимо убрать соответствующее количество уравновешивающих грузов.

        Работа привода  в неуравновешенном состоянии  не допускается.

   2.3.1. Уравновешивание привода ПЦ 80-6-1/4.

Общий вес дополнительных уравновешивающих грузов определяется по формуле:

1)Pдоп =(Pmax-Pmin/2)-17000;

где Рдоп — необходимый вес дополнительных уравновешивающих грузов, Н;

 Pmax, Pmin — соответственно максимальная и минимальная нагрузка в точке подвеса штанг УСШН с цепным приводом, Н;

17000 — вес постоянной части (корпуса) уравновешивающего груза привода ПЦ 80-6-1/4, Н.

В случае, если данные о Рmax и Рmin отсутствуют, общий вес дополнительных уравновешивающих грузов определяется по формуле:

2)  Рдоп = Ршт + (Рж/2) - 17000;

где Ршт — вес штанг в жидкости,Н.

Рж — вес столба жидкости , Н.

 

Рассчитав по формуле получаем:

Рдоп= 33000Н,

          Если необходимый общий вес дополнительных уравновешивающих грузов менее 9420 Н, то все они укладываются в 1-й отсек (рисунок 5). Вес одного груза 1-го отсека у привода ПЦ 80-6-1/4 равен 117,7 Н. Укладку грузов необходимо производить в каждый отсек полными рядами. В каждый ряд в отсеке укладывается по два груза. Количество рядов грузов N1, укладываемых в 1-й отсек привода ПЦ 80-6-1/4 при весе дополнительных грузов менее 9420 Н определяется по формуле: и округляется до целого числа.

N1= Pдоп/235,4

Так ,как у нас общий вес дополнительных уравновешивающих грузов получился Рдоп=33000Н ,это больше 9420 Н, но менее 38200 Н, то в 1-й отсек укладывается 40 рядов, оставшиеся грузы укладываются во 2-й и 3-й отсеки полными и равными рядами. Вес полного ряда во 2-м и 3-м отсеках для привода ПЦ 80-6-1/4 равен 411,2 Н, вес одного груза 102,8 Н.

Количество N2, 3 рядов грузов, укладываемых во 2-й и 3-й отсеки при условии 9420 Н < Pдоп < 38200 Н определяем по формуле:

N2,3= (Рдоп – 9420)//411,2;

N2,3=(33000-9420)//411,2=57Н

           Итак количество N2, 3 рядов грузов, укладываемых во 2-й и 3-й отсеки будет равна 57 Н.

   Если требуемый общий вес дополнительных уравновешивающих грузов превышал 38200 Н, то в 1-й отсек укладывается 40 рядов, во 2-й и 3-й отсеки — по 70 рядов, оставшиеся грузы укладываются в 4-й отсек. Количество N4 рядов грузов, укладываемых в 4-й отсек при весе дополнительных грузов более 38200 Н определяется по формуле:

                 N4=(Рдоп-38200)//235,4;

 

 

Глава 3.Техника безопасности

3.1. Меры безопасности при использовании привода по назначению

         В целях предупреждения несчастных случаев инструктаж по правилам техники безопасности обязателен для всех работников предприятий.

         Вводный инструктаж, посвященный общим вопросам техники безопасности (который проводит инженер по технике безопасности предприятия), имеет целью ознакомить каждого вновь поступившего на работу с производственной обстановкой на предприятии, правилами внутреннего распорядка, общими законоположениями по охране ФУДа, опасными моментами, которые могут возникнуть в процессе Работы, и мерами их предупреждения.

Производственный инструктаж проходят работники как вновь принятые, так и переведенные на новое рабочее место с других участков. Этот второй этап - обучение работников по технике безопасности производства - осуществляется по специальным вопросам техники безопасности, связанной с их предстоящей работой, и непосредственно на рабочем месте.

        Конструкция цепных приводов обеспечивает безопасность работ при монтаже, эксплуатации, ремонте и отвечает требованиям действующих ПБ 08-624-03 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденных постановлением Госгортехнадзора России № 56 от 05.06.2003 г. и системы стандартов безопасности труда

       К эксплуатации цепных приводов допускаются лица, изучившие эксплуатационную документацию на применяемое оборудование, прошедшие в установленном порядке производственный инструктаж по безопасности труда и обучение по «Целевой программе для обучения обслуживающего персонала на предприятиях, эксплуатирующих цепные приводы скважинного штангового насоса».

 

 

3.2.Требования безопасности при реализации технологического процесса.

    В заторможенном состоянии тормоз привода должен обеспечивать неподвижность частей привода в любом положении при максимальной нагрузке в точке подвеса штанг.

      Привод должен иметь надежные ограждения клиноременной передачи, а также движущихся частей. Конструкция ограждений должна быть быстросъемной и соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.062

       Снимать ограждения с движущихся частей разрешается только после полной остановки механизма. Запрещается пуск привода без установки на место ограждений и надежного их закрепления.

       Работа на высоте при отсутствии огражденной рабочей площадки должна выполняться с применением предохранительных поясов.

       Производственные площадки должны содержаться в чистоте. Разлитые нефтепродукты должны убираться, а территория периодически очищаться от грязи, снега и льда.

        При ремонтных работах надлежит пользоваться только исправным инструментом

      Запрещается работа с гаечным ключом с применением дополни-тельных рычагов.

       При отодвигании привода от устья и обратно уравновешивающий груз должен находиться в нижнем положении на технологических упорах.

        В процессе отодвигания привода от устья и обратно в радиусе 20 м от привода не должно быть посторонних людей.

 

         Необходимо  еженедельно визуально проверять  состояние ленты, обращая внимание  на её целостность и надежность крепления к устьевой подвеске. Лента считается неисправной и подлежит замене в следующих случаях:

-имеет повреждения и расслоения  каркаса или отслоения резиновых  обкладок и бортов от каркаса, пузыри диаметром более 20 мм в  количестве более двух на 1м2, торчащие нити, механические повреждения и посторонние включения;

-на поверхности имеются складки, трещины, нарушающие монолитность  резинового массива.

       Для обеспечения безопасного обслуживания и эксплуатации электрооборудования на скважине необходимо соблюдать требования безопасности и порядок проведения необходимых мероприятий. Обустройство, монтаж, демонтаж, заземление, обслуживание и ремонт привода и его электрооборудования должны соответствовать требованиям ПБ 08-624-03 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденного постановлением Госгортехнадзора России № 56 от 05.06.2003 г., зарегистрированным в Минюсте РФ 20.06.2003

(рег. № 4812), «Правил устройства электроустановок» ПУЭ (седьмое издание), утвержденных приказом Минэнерго России № 204 от 08.07.2002 г.; «Межотраслевых правил по охране труда ( Правила безопасности при эксплуатации электроустановок)» ПОТ РМ-016-2001, РД 153-34.0-03.150-00, а также эксплуатационной документации на приводы.